CN103412177B - 一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，属于绝缘材料性能测试技术领域。本测量装置中，测量腔体置于真空保温桶内，两者之间装有液氮。测量腔体上设有顶盖，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，支柱上设有绝缘子伞裙，支柱内设有电缆导芯。测量腔体内的上、下隔板和上、下固定板与固定柱相对固定。上导电支柱的上端部与穿过支柱的电缆导芯相连通；上、下电极和下电极支柱固定在上固定板和下固定板之间，上导电支柱的下端部与上电极相连通。本测量装置采用绝缘子大伞配合小伞的结构，增加爬电距离，提高测量装置腔体的耐电强度。采用软金属片和密封圈真空密封方法，可用于真空和高电压条件下绝缘材料热刺激电流的可靠测量。

Description

一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置

技术领域

本发明涉及一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，属于绝缘材料性能测试技术领域。

背景技术

电介质材料的介电和导电特性以及电荷存贮特性与其中载流子种类、数量、性质、所处状态及其在电、光、热等各种刺激下的行为密切相关。热刺激电流法是进行这一研究最常用也是最有效的工具之一。热刺激电流法是在介质物理基础上发展起来的一门技术，用于测量电介质的微观参数（如活化能、弛豫时间、陷阱能级分布等），在国内外已成为一种基本的测量方法，其特点是测量灵敏度和分辨率高，测量准确。

电介质材料试样置于测试容器内进行热刺激电流测试，在测试过程中要求容器密封良好，以便抽成高真空状态后施加正极性或者负极性的直流高电压，对试样进行极化。随着我国电力工业快速发展，电压等级不断提高，这些都对电介质绝缘材料的性能提出了更高的要求，同时也对热刺激测量技术的发展提出更加苛刻的需求。例如，为了研究相同外施电场条件下，电介质材料的厚度对电荷输运过程的影响，就要求热刺激电流测试容器可以施加从几百伏到几万伏的电压。因此测量装置必须解决高电压引起的绝缘问题，同时还要兼顾到真空的要求。仅仅简单地通过增大测量装置的体积，以试图增加爬电距离，继而提高击穿电压，这种方法在热刺激电流测量仪装置中并不适用。热刺激电流测量需使用液氮对测量装置进行快速冷却，扩大测量装置的体积意味着增加液氮消耗量以及降低冷却速度，不利于实验的顺利开展。同时，更大的测量装置腔体也需要花更多的时间进行抽真空操作，进一步降低实验效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，通过采用软金属片和密封圈两种真空密封材质，配合所设计的结构，可以保证装置用于高真空条件下。同时通过所设计的类似绝缘子伞型的结构，在不扩大测量装置体积的前提下，大大提高爬电距离，有效提高击穿电压，为热刺激电流测量技术的发展提供重要的技术支持。

本发明提出的高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，该装置包括真空保温桶和测量腔体，所述的测量腔体置于真空保温桶内，测量腔体与真空保温桶之间装有液氮；所述的测量腔体上设有顶盖，顶盖与测量腔体过螺钉固定，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，所述的支柱上设有绝缘子伞裙，支柱内设有电缆导芯，电缆导芯通过上、下密封块固定在支柱内；测量腔体内设有多根固定柱、上隔板、下隔板、上固定板、下固定板、上电极、下电极、上电极支柱、下电极支柱、加热片、弹簧和温度传感器；所述的多根固定柱的上端部固定在测量腔体的顶盖上，所述的上隔板、下隔板、上固定板和下固定板依次由上而下分别与固定柱相对固定；所述的上导电支柱的上部与上隔板和下隔板相对固定，上导电支柱的上端部通过导线与穿过支柱的电缆导芯相连通；所述的上电极、下电极和下电极支柱依次由上而下同轴安装后固定在上固定板和下固定板之间，上导电支柱的下端部与上电极相连通，被测电介质材料置于上电极和下电极之间；所述的加热片与下隔板相对固定；所述的温度传感器固定在下电极上；所述的弹簧套装在下电极支柱上。

上述测量装置中，所述的支柱通过法兰固定在顶盖上，法兰与顶盖之间设有软金属片，法兰的下表面设有锯齿状凸起，顶盖的上表面设有锯齿状凸起，当法兰通过螺钉拧紧在顶盖上时，法兰下表面的锯齿状凸起与顶盖上表面的锯齿状凸起相互啮合。

本发明提出的高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，其优点是：在不扩大测量装置体积的前提下，通过采用绝缘子大伞配合小伞的结构，大大增加爬电距离，提高测量装置腔体的耐电强度。同时，通过采用软金属片和密封圈两种真空密封材质，配合所设计的结构，可用于真空和高电压条件下绝缘材料热刺激电流的可靠测量。

附图说明

图1为本发明提出的高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置的结构示意图。

图2为图1所示的测量装置的局部放大图。

图1和图2中，1是电缆导芯，2是密封块，3是支柱，4是绝缘子伞裙，5是螺钉，6是法兰，7是抽真空阀门，8是真空插头，9是顶盖，10是螺钉，11是真空保温桶，12是上隔板，13是下隔板，14是液氮，15是测量腔体，16是加热片，17是固定柱，18是密封圈，19是软金属片，20是上导电支柱，21是上固定板，22是上电极，23是待测试样品，24是温度传感器，25是下电极，26是弹簧，27是下固定板，28是下电极支柱。

具体实施方式

本发明提出的用于热刺激电流仪的高耐压真空装置，其结构如图1所示，包括真空保温桶11和测量腔体15，测量腔体15置于真空保温桶11内，测量腔体15与真空保温桶11之间装有液氮14。测量腔体15上设有顶盖9，顶盖9与测量腔体15过螺钉10固定，顶盖9上设有支柱3、抽真空阀门7和真空插头8，支柱3上设有绝缘子伞裙4，支柱3内设有电缆导芯1，电缆导芯1通过上、下密封块2固定在支柱3内。测量腔体15内设有多根固定柱17、上隔板12、下隔板13、上固定板21、下固定板27、上电极22、下电极25、上电极支柱20、下电极支柱28、加热片16、弹簧和温度传感器24。多根固定柱17的上端部固定在测量腔体15的顶盖9上，上隔板12、下隔板13、上固定板21和下固定板27依次由上而下分别与固定柱17相对固定。上导电支柱20的上部与上隔板12和下隔板13相对固定，上导电支柱20的上端部通过导线与穿过支柱的电缆导芯1相连通。上电极22、下电极25和下电极支柱28依次由上而下同轴安装后固定在上固定板21和下固定板27之间，上导电支柱20的下端部与上电极22相连通，被测电介质材料23置于上电极22和下电极25之间。加热片16与下隔板13相对固定。温度传感器固定在下电极25上，弹,26套装在下电极支柱上。

上述测量装置中，如图2中所示，支柱3通过法兰6固定在顶盖9上，法兰6与顶盖9之间设有软金属片19，法兰6的下表面设有锯齿状凸起，顶盖9的上表面设有锯齿状凸起，当法兰6通过螺钉5拧紧在顶盖9上时，法兰下表面的锯齿状凸起与顶盖上表面的锯齿状凸起相互啮合。

本发明提出的用于热刺激电流仪的高耐压真空装置中，电缆导芯1用于引入直流高电压，塑料支柱3起到绝缘和固定的作用，绝缘子伞4可以增加爬电距离，提高系统的击穿电压，螺钉5用于紧固法兰，以产生足够大的压力压紧密封圈，咬紧软金属片，法兰6用于真空密封，真空插头8用于将测量信号、温度传感器和电加热片的引线通过真空插头内的针芯导出和导入，螺钉10用于密封测量装置顶盖和外壳，真空保温桶11用于盛装液氮以迅速冷却测量装置，上隔板12和下隔板13用于防止测量装置腔体内部热流动，一方面起到保温作用，另一方面抑制干扰信号的产生，液氮14用于迅速冷却测量装置。测量腔体15使用导热性能较好的金属材料制成，起到导热和信号屏蔽的作用，电加热片16用于线性均匀加热测量装置腔体，密封圈18的截面呈直角三角形结构，一面紧贴塑料支柱3，其斜面紧贴法兰6的内侧斜面，当法兰6由于螺钉5的紧固而向下产生一个作用力时，由于其与密封圈之间的紧密接触，将会产生一个很大的挤压力，继而使得密封圈产生弹性变形以填塞塑料支柱3和法兰6内侧斜边表面的不平，从而实现密封。导电柱20用于将高电压引入测试电极，温度传感器24用于测量试样附近的温度，弹簧26用于生一个向上的压力，使试样与电极之间紧密接触，下固定板27用于支撑弹簧，并固定下电极支柱，下电极支柱28用于将热刺激电流测量信号从下电极引出。顶盖9与法兰6的接触面上，通过软金属片19实现真空密封。

以下结合附图1，详细介绍采用本发明提出的高耐压真空装置的热刺激电流仪工作过程：首先将电介质材料试样23放置在上电极22和下电极25之间，微调固定板21和27的平行度，保证上下电极处于平行位置。然后将测量装置腔体顶盖9放置好，拧紧螺钉10。对抽真空阀7进行抽真空，直到测量装置腔体内达到给定的真空度。下电极支柱28连接着热刺激电流信号线的一端，信号线的另一端连接到顶盖上的真空插头8的针芯引出。再将直流高电压连接到电缆导芯1上，直流高电压将依次通过电缆导芯1、导电柱20、上电极22，施加在电介质材料试样23两侧。施加一定时间的直流高电压，随后在真空保温桶11里加入液氮14，使测量装置腔体内部温度迅速下降直至设定的冷却温度。然后停止施加直流高电压，将电缆导芯1与真空插头8露在空气中的针芯短路。短路两分钟后，将电缆导芯1直接接地，同时利用微电流计测量由真空插头8引出的热刺激电流信号，并对电加热片16施加一个直流电压，以对测量腔体内线性升温。

本发明提出的用于热刺激电流仪的高耐压真空装置，通过采用软金属片和密封圈两种真空密封材质，以及配合所设计的结构，可以保证装置用于高真空条件下。同时通过所设计的类似绝缘子伞型的结构，在不扩大测量装置体积的前提下，大大提高爬电距离，有效提高测量装置的击穿电压，为热刺激电流测量技术的发展提供重要的技术支持，为相关的绝缘材料特性研究提供了极大的便利。

Claims (1)

1.一种高耐压真空的电介质材料热刺激电流测量装置，其特征在于该测量装置包括真空保温桶和测量腔体，所述的测量腔体置于真空保温桶内，测量腔体与真空保温桶之间装有液氮；所述的测量腔体上设有顶盖，顶盖与测量腔体过螺钉固定，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，所述的支柱通过法兰固定在顶盖上，法兰与顶盖之间设有软金属片，法兰的下表面设有锯齿状凸起，顶盖的上表面设有锯齿状凸起，当法兰通过螺钉拧紧在顶盖上时，法兰下表面的锯齿状凸起与顶盖上表面的锯齿状凸起相互啮合，所述的支柱上设有绝缘子伞裙，支柱内设有电缆导芯，电缆导芯通过上、下密封块固定在支柱内；测量腔体内设有多根固定柱、上隔板、下隔板、上固定板、下固定板、上电极、下电极、上电极支柱、下电极支柱、加热片、弹簧和温度传感器；所述的多根固定柱的上端部固定在测量腔体的顶盖上，所述的上隔板、下隔板、上固定板和下固定板依次由上而下分别与固定柱相对固定；所述的上电极支柱的上部与上隔板和下隔板相对固定，上电极支柱的上端部通过导线与穿过支柱的电缆导芯相连通；所述的上电极、下电极和下电极支柱依次由上而下同轴安装后固定在上固定板和下固定板之间，上电极支柱的下端部与上电极相连通，被测电介质材料置于上电极和下电极之间；所述的加热片与下隔板相对固定；所述的温度传感器固定在下电极上；所述的弹簧套装在下电极支柱上。